Consideraciones de Diseño Térmico 

Disipación de potencia y especificaciones Si vamos al peor de los casos la potencia que vamos a disipar en el regulador es la siguiente:  Preg = ( Vmax ­ 5V) * Imax ­> Preg = (12V ­ 5V ) * 0.2A = 1,4 

Diseño Térmico 

 

Rjc ­ Resistencia térmica entre la unión y el encapsulado del integrado Rcs ­ Resistencia térmica entre el encapsulado y el disipador Rsa ­ Resistencia térmica entre el disipador y el ambiente  Rja ­ Resistencia térmica entre la unión y el ambiente. Lo que nos interesa conocer, la                               resistencia térmica total entre el dado de silicio y el ambiente!  Como no tenemos previsto poner un disipador, vamos a definir que: Rja = Rjc + Rca (Donde Rca es la Resistencia Térmica entre el encapsulado y el ambiente.)  Donde Rca es la Resistencia Térmica entre el encapsulado y el ambiente.  Nos vamos al datasheet para buscar esta información: 

● Rjc (SOT­223): 15ºC/W ● Rja: no viene y es lo que tendríamos que usar. ● Rca: no está y nos sería muy útil. 

  Pero, podemos calcular la temperatura a la que se encuentra el integrado y ver si cumplimos con                                 las especificaciones del fabricante (125ºC) usando la siguiente ecuación: Tj = Tjc + Pd * Rjc  Por lo tanto, lo que sabemos es que Rjc es 15ºC/W, e.d. que si estamos midiendo 125ºC en la                                     pata del disipador y estamos consumiendo 1.4W, la temperatura de la unión es: Tj = 125ºC + 1,4 * Rjc = 125ºC + 21ºC = 146ºC 

Un valor muy superior al que recomienda el fabricante.  Cómo podemos resolver este problema?   Simplemente evacuando calor fuera del propio regulador: 

1. Podríamos pensar en poner un disipador de calor, pero estos son relativamente "caros"                         para nuestro propósito. 

2. Disipar calor usando el propio PCB. 3. Cambiar el formato del regulador a un paquete que disipe más, e.d. con una resistencia                             

térmica menor (DPAK). 

Lo que nos interesa es saber cual es la potencia máxima que vamos a poder disipar sin poner en                                     riesgo el disipador. Por lo tanto: PDmax = (Tjmax ­ Ta) / Rja  Tjmax (temperatura máxima unión): 125ºC Ta (temperatura ambiente): usaremos 25ºC Rja (Resistencia térmica entre la unión y el ambiente). 

 

Vamos a ir sustituyendo términos: PDmax = (125 ­ 25 ) / ( Rjc + Rca) = ( 100 ) / ( 15 + Rca ) 

 

Pero seguimos sin conocer Rca, ¡el fabricante del LD1117 no lo especifica en la hoja de                               características del componente!  Seguimos sin conocer cual es la resistencia térmica entre el ambiente y el encapsulado.   ¿De dónde podemos sacar esta información ya que para este componente no lo tiene publicado                             el fabricante?  Afortunadamente, los fabricantes de semiconductores ya han hecho estos cálculos de forma                       experimental y proporcionan curvas que nos dan precisamente la información que necesitamos                       (Rja). 

 

Resistencia térmica entre la Unión y el ambiente 

 

En la gráfica superior podemos ver cual es la resistencia térmica de un encapsulado SOT223 en                               función de la superficie de cobre del PCB que se utilice como disipador. En concreto la gráfica                                 muestra tres curvas: superficie de disipación en la misma cara que va montado el componente                             (top), en ambas capas (sin conexión directa entre ambas) y en la capa inferior (botton).  Como podemos ver, el mejor rendimiento se obtiene cuando el cobre (disipador) está en la capa                               superior en contacto directo con la lengüeta del pin 4 del SOT223. 

 

Vamos a calcular cual sería la superficie que necesitamos para disipar 2.1W.  Usando: PDmax = (Tjmax ­ Ta) / Rja  Nos quedaría:  Rja = 100 / 2.1W Rja = 47,62 (Resistencia térmica objetivo para conseguir disipar 2.1W) 

 

Vemos en la gráfica que estaríamos en una franja entre 0.5in2 y 0.7in2 ­ que manía usar unidades                                   raras leches ­. Esto sería en unidades normales: 3,2cm2 y 4,5cm2.  Los fabricantes también simplifican las cosas, dando información sobre disipación máxima en                       función de la superficie que se usa como disipador en el PCB: 

Transmisión termica prolongada 

La gráfica superior nos simplifica mucho la vida, podemos ver como para disipar 2.5W tendremos                             que usar una superficie en el PCB similar a la calculada anteriormente (3,2cm2 y 4,5cm2).  Bien, pues ya tenemos nuestros disipador calculado. Para mejorar su rendimiento, lo que vamos                           a hacer en nuestro diseño es usar ambas capas del PCB para disipar calor, conectando cada                               una de ellas con “vias térmicas”.  Una nota a tener en cuenta, es la cantidad de calor que es capaz de disipar el propio                                   componente, vemos como a partir de los 3W, por mucha superficie que pongamos no es                             suficiente como para mantener al componente en su zona de trabajo (125ºC).